JP2009237113A - 光学シートおよび表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コントラストを向上させることができるとともに大きな視野角を確保することができる光学シートを提供する。
【解決手段】光学シート３０は、映像光を観察者側に透過させる光学シートである。光学シートは、光学シートのシート面に沿って交互に配列された光透過部４２および光吸収部４４を複数有した光学機能層４０を備える。光学シートのシート面に沿った光吸収部の平均幅Ｘと、光学シートのシート面の法線に沿った光吸収部の長さＺと、光学シートのシート面に沿った光吸収部の配列ピッチＰと、光吸収部の平均幅Ｘの長さだけ光吸収部を透過する場合でのＯＤ値Ｄと、光透過部の屈折率ｎと、が以下の関係を満たす。
０．１＜１０^{−（Ｄ×Ｚ／（Ｐ×ｃｏｓ（ａｒｃｓｉｎ（√２／（２×ｎ）））））}
【選択図】図３

Description

本発明は、映像表示装置に組み込まれた際にコントラストを向上させることができるとともに大きな視野角を確保することができる光学シートに関する。

また、本発明は、優れたコントラストで映像を表示することができるとともに広い視野角を有した表示装置に関する。

従来、交互に配置された光透過部および光吸収部を複数有する光学シートが知られている（例えば、特許文献１）。この光学シートは、例えばプラズマディスプレイパネルや液晶パネル等のような映像表示部に積層されて用いられる。このとき、光透過部から映像光を透過させることができるとともに、外光等の不要光を光吸収部で吸収することができる。この結果、観察者はコントラストの高い映像を観察することができるようになる。

なお、光透過部および光吸収部は表示装置の表示面に沿って直線状に延びるように形成される。光学シートは、一般的に、表示装置が所定の位置に設置されて使用される状態において光透過部および光吸収部が水平方向に延びるようにして、配置される。このように光学シートを配置することにより、水平方向での視野角を広く維持しながら、垂直方向からの外光（例えば、室内照明からの光）を効果的に吸収することができる。ただし、このような光学シートの配置において、垂直方向での視野角は狭くなってしまう。
特開２００７−５１４２０２号公報

ところで、昨今においては、映像表示装置の表示面の大型化が急速に進んでいる。この傾向にともなって、水平方向視野角だけでなく垂直方向視野角も広角とする必要が生じている。とりわけ、店頭等に配置される表示装置においては、表示面が極めて大型化されるとともに、１ｍ程度の至近距離から観察されることもある。そしてこの場合、観察者は、垂直方向へ４５°程度傾斜した角度から表示装置の表示面を見上げる又は表示面を見下ろすようになる。

その一方で、特許文献１に開示されている光学シートを含め従来の光学シートでは、コントラストの向上を図りながら、水平方向および垂直方向の両方向において４５°以上の視野角を確保することを達成できていない。

本発明は、このような点を考慮してなされたものであって、コントラストを向上させることができるとともに大きな視野角を確保することができる光学シートを提供することを目的とする。また、本発明は、優れたコントラストで映像を表示することができるとともに広角の視野角を有した表示装置を提供することを目的とする。

本発明による光学シートは、光を透過させる光学シートであって、前記光学シートのシート面に沿って交互に配列された光透過部および光吸収部を、複数有した光学機能層を備え、前記光学シートのシート面の法線に沿った前記光吸収部の長さＺと、前記光学シートのシート面に沿った光吸収部の配列ピッチＰと、光透過部の屈折率ｎと、前記光学シートのシート面に沿った前記光吸収部の平均幅をＸとし、当該平均幅Ｘの長さだけ前記光吸収部を透過する場合でのＯＤ値Ｄと、が以下の関係を満たす

ことを特徴とする。

本発明による光学シートにおいて、前記光透過部および前記光吸収部は、前記光学シートのシート面に沿って直線状に延びているようにしてもよい。

また、本発明による光学シートにおいて、入光側から出光側に向け、前記光学シートのシート面に沿った前記光吸収部の幅は小さくなっていくようにしてもよい。

さらに、本発明による光学シートが、前記光学機能層と積層された基部層をさらに備え、前記基部層と前記光学機能層の前記光透過部とは一体的に形成されているようにしてもよい。

本発明による表示装置は、映像表示部と、上述したいずれかの光学シートであって、前記映像表示部の出光側に配置された光学シートと、を備えることを特徴とする。

本発明による表示装置において、光学シートは、最も出光側に配置され出光側の表面を形成しているようにしてもよい。

本発明によれば、コントラストを向上させることと、大きな視野角を確保することと、を同時に達成することができる。

発明を実施するための形態

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比を、実物のそれらから変更し誇張してある。

図１乃至図４は本発明の一実施の形態を説明するための図である。このうち図１は表示装置の構成を概略的に示す断面図であり、図２は図１の表示装置に含まれた光学シートを示す断面図であり、図３および図４は図２の光学シートに含まれた光学機能層を示す断面図である。

図１に示すように、表示装置１０は、映像表示部２０と、映像表示部２０の観察者側（出光側）に配置された機能シート２５と、機能シート２５の観察者側（出光側）に配置された光学シート３０と、を有している。この表示装置１０では、映像表示部２０からの映像光が機能シート２５および光学シート３０を透過し、これにより、観察者が映像を確認することができるようになっている。

映像表示部２０は、動画や静止画等を表示することができる装置である。このような映像表示部２０として、プラズマディスプレイパネル（以下においてＰＤＰ）や液晶パネル等の種々の既知な装置を用いることができる。

機能シート２５は、映像表示部２０からの映像光に対して種々の作用を及ぼし得るシート状の部材である。なお、ここでいう「シート状の部材（機能シート）」には、フィルムや板とも呼ばれ得るような厚みの部材も含まれる。機能シート２５は、映像表示部２０の出光側に、一枚だけ配置されてもよいし、あるいは、複数枚配置されてもよい。また、複数枚の機能シート２５が配置される場合には、複数の機能シート２５が接着層を介して互いに接着されていてもよいし、あるいは、単に重ね合わされた別体として配置されていてもよい。なお、本件でいう接着層は、粘着層を含む概念である。

機能シート２５は、例えば映像表示部２０の構成に応じ、種々の部材から適宜選択されて用いられ得る。具体的には、特定波長帯域の電磁波を遮蔽する電磁波遮蔽シート、近赤外線光（例えば、波長８００ｎｍ〜１２００ｎｍの光）を吸収する近赤外線遮蔽シート、ネオン原子の発光を吸収し色再現性を向上させるネオン光遮蔽シート、ＵＶ光（紫外線）を吸収するＵＶ光遮蔽シート、樹脂やガラス等からなり支持材として機能する基材シート等が、機能シート２５として用いられ得る。

なお、図１において、映像表示部２０と機能シート２５とが接着されていない例を示しているが、これに限られず、映像表示部２０および機能シート２５が接着層を介し互いに固定されていてもよい。

次に、光学シート３０について説明する。光学シート３０は、映像光に対して光学的な作用を及ぼし得るシート状の部材である。なお、ここでいう「シート状の部材（光学シート）」には、フィルムや板とも呼ばれ得るような厚みの部材も含まれる。

図２によく示されているように、光学シート３０は、映像光の透過進路に沿った入光側（映像表示部側）に配置された光学機能層４０と、映像光の透過進路に沿った出光側において光学機能層４０に積層された基部層３５と、を有している。図１に示すように、本実施の形態において、基部層３５は、表示装置１０の最出光側（最も観察者側）に配置され、表示装置１０の表示面の表面をなしている。光学機能層４０は、光学シート３０のシート面に沿って交互に配列された複数の光透過部４２および複数の光吸収部４４から構成されている。本実施の形態において、複数の光透過部４２は、互いに同一な形状に形成されている。また、複数の光吸収部４４も、互いに同一な形状に形成されている。各光透過部４２および各光吸収部４４は、光学シート３０のシート面に沿った配列方向に直交する方向に、直線状に延びている。

なお、ここでいう「シート面（層面）」とは、対象となるシート状の部材を全体的かつ大局的に見た場合におけるその平面方向と一致する面のことを指す。そして、本実施の形態において、光学シート３０のシート面、光学機能層４０の層面、基部層３５の層面および表示装置１０の表示面は、互いに平行となっている。また、図１乃至図４は、いずれも光学シート３０のシート面の法線と、光吸収部４４の配列方向（光透過部４２の配列方向）と、に沿った断面（以下において、単に主切断面とも呼ぶ）において各構成要素を示している。

本実施の形態において、図２に示すように、光学シート３０のシート面に沿った光吸収部４４の幅は、入光側から出光側に向けしだいに小さくなっていく。さらに詳細には、主切断面において、光吸収部４４は台形形状を有している。そして、主切断面において、光吸収部４４をなす断面台形形状の下底が入光側に位置し、光吸収部４４をなす断面台形形状の上底が出光側に位置している。一方、光透過部４２は、二つの光吸収部４４間に、当該二つの光吸収部４４に隣接するようにして配置されている。したがって、図２に示されているように、主切断面において、光透過部４２は台形形状を有する。そして、主切断面において、光透過部４２をなす断面台形形状の上底が入光側に位置し、光透過部４２をなす断面台形形状の下底が出光側に位置している。

本実施の形態において、光学機能層４０の光透過部４２は、基部層３５と一体成型されている。このような光透過部４２および基部層３５は、例えば押し出し成型により、形成され得る。また、形成された光透過部４２の間に、光吸収部４４をなすようになる材料を流動性を有した状態で流し込み、当該材料を光透過部４２の間で硬化させることにより、光学機能層４０を作製することができる。

そして、光吸収部４４は、光透過部４２よりも低い光透過率を有しており、光を積極的に吸収する作用を有している。すなわち、本実施の形態による光学機能層４０（光学シート３０）において、光吸収部４４は光を吸収する領域として機能し、その一方で、光透過部４２および光透過部４２と一体成型された基部層３５は光を透過させる領域として機能する。

光吸収部４４は、一例として、顔料や染料によって着色された樹脂から形成され得る。また、光吸収部４４は、光吸収機能を有する光吸収粒子を含有した樹脂からも形成され得る。光吸収粒子としては、数μｍ〜数十μｍ程度の粒径を有した黒色樹脂粒子を用いることができる。なお、以下に説明するように、光吸収部４４の光透過率は、光学シート３０の構成に応じて調整され得ることが好ましい。光吸収部４４が顔料や染料によって着色された樹脂からなる場合、顔料や染料の含有量を調節することによって、光吸収部４４の光透過率を調節することができる。また、光吸収部４４が光吸収粒子を含有した樹脂からなる場合、光吸収粒子の種類や含有量を調節することによって、光吸収部４４の光透過率を調節することができる。一方、光を透過させる光透過部４２は、高い透光性を有した材料、理想的には透明な材料から構成される。具体例として、光透過率の高いＰＥＴやＭＳ樹脂等を用いて光透過部４２を形成することができる。

このような光透過部４２および光吸収部４４を有した光学機能層４０（光学シート３０）においては、図２に示すように、入光側から光学機能層４０（光学シート３０）へ入射する映像表示部２０からの映像光Ｌ１は光透過部４２および基部層３５を透過し、これにより、観察者が映像を観察することができる。その一方で、図２に示すように、出光側から光学機能層４０（光学シート３０）へ入射する外光（例えば照明光等）Ｌ２は、光吸収部４４で有効に吸収されるようになる。このような外光Ｌ２は、機能シート（例えば、電磁波遮蔽シート）２５や映像表示部（例えば、ＰＤＰの蛍光体層）等において反射し、観察者側（出光側）へ進行方向を反転することがある。そして、進行方向を反転して観察者に視認されるようになった光は、表示装置１０に表示される映像のコントラストを低下させる原因となっていた。このため、外光Ｌ２を吸収し得るこの光学機能層４０（光学シート３０）によれば、表示装置１０のコントラストを効果的に向上させることができる。

この光学機能層４０（光学シート３０）において、配列方向に沿った光吸収部４４の配列ピッチ（光透過部４２の配列方向に沿った配列ピッチ）Ｐ（図３参照）は、５０μｍ以上１５０μｍ以下であることが好ましい。また、光吸収部４４の光学シート３０のシート面の法線ＮＬに沿った光吸収部４４の長さ（主切断面における光吸収部４４をなす台形形状の高さ）Ｚ（図３参照）は、４６μｍ以上４０６μｍ以下であることが好ましい。さらに、配列方向に沿った光吸収部４４の幅の平均値Ｘ（図４参照）は、５μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。さらに、主切断面において光吸収部４４をなす断面台形形状の斜面４４ａが光吸収部４４の光学シート３０のシート面の法線ＮＬに対してなす角度θ（図４参照）は、０°以上１０°以下であることが好ましい。さらに、光学機能層４０のある程度の広さを有する領域の面積に対する、当該領域中に存在する各光吸収部４４の光学シート３０のシート面に沿った最大面積（最大となる断面積または表面積）の和の比が、１０％以上５０％以下であることが好ましい。以上のような条件であれば、光学機能層４０によって、表示装置１０に表示される映像のコントラストを効果的に向上させることができる。

なお、光透過部４２と光吸収部４４との間の界面において屈折等の光学的作用を積極的に発現させる必要はない。したがって、光透過部４２と光吸収部４４との屈折率差は、０以上０．１以下の範囲内にあることが好ましく、０以上０．０１以下の範囲内にあることがさらに好ましく、０であることが最も好ましい。また、光透過部４２および光吸収部４４の屈折率は、入手の容易さやコスト等を考慮して、１．４９以上１．５６以下であることが好ましい。

なお、以上のような光学機能層４０（光学シート３０）によれば、光吸収部４４の配列方向に沿った成分の映像光であって、光学シート３０のシート面の法線ＮＬに対して傾斜した映像光も吸収されるようになる。したがって、光吸収部４４の配列方向に沿った表示装置１０の視野角は狭くなる。上述したように、今日においては、光吸収部４４の長手方向に沿った表示装置１０の視野角を広げるだけでなく、光吸収部４４の配列方向に沿った表示装置１０の視野角についてもある程度広げることが望まれている。とりわけ、店頭、家庭、公共施設等で用いられる表示装置１０においては、一般的に、４５°の視野角が要望され、また、視野角の大小は、４５°の視野角での輝度をもって当該表示装置１０の評価が行われている。

そして、光吸収部４４の配列方向に沿った表示装置１０の視野角をある程度広げるためには、光学シート３０のシート面の法線ＮＬに沿った光吸収部４４の長さＺと、光吸収部４４の配列方向に沿った配列ピッチＰと、光透過部４２の屈折率ｎと、光学シート３０のシート面に沿った光吸収部４４の平均幅Ｘと同じ長さだけ透過する場合での光吸収部のＯＤ値（optical density value）Ｄと、が式（１）を満たしていることが有効である。この場合、光学シート３０（光学機能層４０）から大気中へ出射角度４５°で出射する光の光量を、光吸収部４４が設けられていなかったと仮定した場合（光学機能層４０が光透過部４２にみから構成されていると仮定した場合）に同一方向へ出射する光の光量の１０％以上に確保することができる。そして、本件発明者らが鋭意研究を重ねたところ、このような光学機能層４０によれば、一般的な表示装置１０に組み込んだ際に、４５°の視野角で映像を観察することが可能となる、ことが見出された。

なお、ＯＤ値とは、その値Ｄの符号を逆にした値を指数とし、１０を底とした指数関数によって、光透過率を表すようになる値である（光透過率＝１０^−Ｄ）。このＯＤ値は、当該光透過率を有する対象となる部材の厚み（透過光の経路長）に比例することが知られている。

以下、式（１）について、図３および図４を参照しながら説明する。なお、以下における光の進行についての説明は、特別な記載がない限りにおいて、図３および図４に示された主切断面における光の進行に関する。また、上述したように、光透過部４２および基部層３５は同一材料から構成されており、以下の説明において基部層３５が光学的に大きな意味を有さないことから、図３および図４において基部層３５は省略している。

上述した光学シート３０から出射する映像光の出射角度θ０は、スネルの法則から以下の式（２）によって表される。ここで、式（２）中のθ１は、図３に示すように、当該映像光Ｌ３が光学機能層４０内を通過している際に、当該映像光Ｌ３の進行方向が光学シート４０のシート面の法線ＮＬに対してなす角度である。また、式（２）中のｎは、光透過部４２の屈折率である。さらに、式（３）は、式（２）を書き直すとともに、θ０＝４５°としている。なお、光透過部４２と光吸収部４４との屈折率差が上述した所定の範囲内であれば、光透過部４２と光吸収部４４との間で生ずる光学作用は無視することができる程度であり、この場合、光透過部４２の屈折率ｎを光学機能層４０全体の屈折率として以下の説明を検討することができる。

また、この光Ｌ３が光学機能層４０を通過する際に、光学シート３０のシート面に沿って移動する長さＡは、以下の式（４）で表される。そして、この長さＡを光吸収部４４の配列ピッチＰで割ることにより、光Ｌ３が光学機能層４０を透過する間に、入射することになる光吸収部４４の数の平均（平均入射回数）Ｃを算出することができる（式（５））。
Ａ＝Ｚ×ｔａｎθ１＝Ｚ×ｓｉｎθ１／ｃｏｓθ１ ・・・式（４）
Ｃ＝Ａ／Ｐ＝Ｚ×ｓｉｎθ１／（Ｐ×ｃｏｓθ１） ・・・式（５）

一方、式（６）に示すように、光吸収部４４の平均幅Ｘを用いることにより、この光Ｌ３が一つの光吸収部４４を横切る際に当該一つの光吸収部４４内を通過する距離（透過距離）Ｂが近似値として得られる（図４参照）。そして、光吸収部４４への平均入射回数Ｃと、一つの光吸収部４４を横切る際の透過距離Ｂと、を掛け合わせることにより、光Ｌ３が光学機能層４０を透過する際に光吸収部４４内を通過する平均総透過距離Ｇが算出される（式（７））。
Ｂ＝Ｘ／ｓｉｎθ１ ・・・式（６）
Ｇ＝Ｃ×Ｂ＝Ｚ×Ｘ／（Ｐ×ｃｏｓθ１） ・・・式（７）

ここで、光吸収部４４の平均幅Ｘと同一長さだけ光吸収部４４を透過する際のＯＤ値（平均幅Ｘと同じ厚さを有した光吸収部のＯＤ値）をＤとすると、平均総透過距離Ｇと同一長さだけ光吸収部４４を透過する際のＯＤ値ＤＧは、式（８）で表される。そして、算出されたＯＤ値ＤＧを用いることにより、式（９）に示すように、光Ｌ３が光学機能層４０を通過する際の透過率Ｔが得られる。そして、式（９）の右辺と式（１）の右辺が等しいことから、式（１）が満たされる場合、光透過率Ｔは１０％以上となる。なお、式（９）には、式（３）が代入されている。

以上のように本実施の形態によれば、光吸収部４４の配列方向に沿った視野角を広角にすることができる。より詳細には、表示装置１０が４５°以上の視野角を有している場合には、本実施の形態による光学シート３０を表示装置１０に適用したとしても、４５°の視野角を維持することができる。すなわち、コントラストを向上させることと、光吸収部４４の配列方向において大きな視野角を確保することと、を同時に達成することができる。

なお、上述した実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、変形の一例について説明する。

上述した実施の形態において、光学シート３０が基部層３５と光学機能層４０とからなる例を示したが、これに限られない。例えば、光学シート３０がさらに他の層を有するようにしてもよいし、あるいは、光学シート３０から基部層３５が省かれてもよい。

また、上述した実施の形態において、光吸収部４４および光透過部４２の構成（形状や材料等）の一例を説明したが、これに限られず、種々の既知な構成を代わりに用いることも可能である。

さらに、上述した実施の形態において、複数の光吸収部４４がすべて同一構成からなる例を示したが、これに限られず、二種類以上の光吸収部４４が光学機能層４０に含まれていてもよい。同様に、複数の光透過部４２がすべて同一構成からなる例を示したが、これに限られず、二種類以上の光透過部４２が光学機能層４０に含まれていてもよい。なお、光学機能層４０内に含まれた複数の光吸収部４４や複数の光透過部４２の構成が同一ではない場合、上述した各寸法等については平均値を採用すればよい。

図１は、本発明の一実施の形態を説明するための図であって、表示装置の構成を概略的に示す断面図である。 図２は、図１の表示装置に含まれた光学シートを示す断面図である。 図３は、図２の光学シートに含まれた光学機能層を示す断面図である。 図４は、図２の光学シートに含まれた光学機能層を示す断面図である。

符号の説明

１０ 表示装置
２０ 映像表示部
２５ 機能シート
３０ 光学シート
３５ 基部層
４０ 光学機能層
４２ 光透過部
４４ 光透過部

Claims (6)

1. 光を透過させる光学シートであって、
   前記光学シートのシート面に沿って交互に配列された光透過部および光吸収部を、複数有した光学機能層を備え、
   前記光学シートのシート面の法線に沿った前記光吸収部の長さＺと、前記光学シートのシート面に沿った光吸収部の配列ピッチＰと、光透過部の屈折率ｎと、前記光学シートのシート面に沿った前記光吸収部の平均幅をＸとし、当該平均幅Ｘの長さだけ前記光吸収部を透過する場合でのＯＤ値Ｄと、が以下の関係を満たす
   

   

   ことを特徴とする光学シート。
2. 前記光透過部および前記光吸収部は、前記光学シートのシート面に沿って直線状に延びている
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学シート。
3. 入光側から出光側に向け、前記光学シートのシート面に沿った前記光吸収部の幅は小さくなっていく
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の光学シート。
4. 前記光学機能層と積層された基部層をさらに備え、
   前記基部層と前記光学機能層の前記光透過部とは一体的に形成されている
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学シート。
5. 映像表示部と、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学シートであって、前記映像表示部の出光側に配置されたと光学シートと、を備える
   ことを特徴とする表示装置
6. 光学シートは、最も出光側に配置され出光側の表面を形成している
   ことを特徴とする請求項５に記載の表示装置。

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